DE2134343A1

DE2134343A1 - Device for punctual measurement of the width of narrow gaps

Info

Publication number: DE2134343A1
Application number: DE19712134343
Authority: DE
Inventors: Martin Freiburg Oppizzi Mario Marly Baumeier, (Schweiz)
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1972-01-20
Also published as: CH526089A

Description

Vorrichtung zur punktuellen Messung der Weite von engen Spalten.Device for punctual measurement of the width of narrow gaps.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur punktuellen Messung der Weite von engen Spalten mit einem in den Spalt einschiebbaren Fühler. The invention relates to a device for punctual measurement of the Wide narrow gaps with a sensor that can be pushed into the gap.

Messungen und Kontrollen der Spaltweiten sind unter anderem bei Schlitzgiessern, Extrudern etc. wichtig. Measurements and controls of the gap widths are among other things with slot cutters, Extruders etc. important.

Die Ausmessung von engen Spalten mit den bekannten Fühllehren hat den Nachteil, dass das Messergebnis auf die engste Spaltstelle begrenzt ist. The measurement of narrow gaps with the known feeler gauges has the disadvantage that the measurement result is limited to the narrowest gap.

In neuerer Zeit ist eine Messvorrichtung bekannt geworden, bei der der Fühler mit einem gekrümmten Organ ausgestattet ist, in dessen Krümmung ein Dehnungsmessstreifen sitzt. Beim Einführen in den Spalt vermindert sich die Krümmung. Die dadurch bewirkte Aenderung des elektrischen Widerstandes des Dehnungsmesstreifens wird mittels einer Messbrücke gemessen und entspricht der jeweiligen Spaltweite. Die bekannte Vorrichtung hat den schwerwiegenden Nachteil, dass sie auf Transversal-und Verkantungsfehler des Fühlers sehr empfindlich ist. Dieser Nachteil ist dadurch bedingt, dass die bekannte Vorrichtung nur ein einziges gekrümmtes Organ aufweist. Recently, a measuring device has become known in which the sensor is equipped with a curved organ, in the curvature of which there is a strain gauge sits. When it is inserted into the gap, the curvature is reduced. Which caused it The electrical resistance of the strain gauge is changed by means of a Measuring bridge measured and corresponds to the respective gap width. The known device has the serious disadvantage that it is based on transversal and canting errors of the probe is very sensitive. This disadvantage is due to the fact that the known device has only a single curved organ.

Der aufgezeigte Nachteil wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zur punktuellen Messung der Weite von engen Spalten, mit einem in den Spalt einschiebbaren Fühler dadurch vermieden, dass der Fühler eine gerade Anzahl von gekrümmten Organen mit je einem in der Krümmung angeordneten mechanisch-elektrischen Element, z.B. einem Dehnungsmessstreifen aufweist, wobei diese gekrümmten Organe so positioniert sind, dass ihre freien Enden in einer gemeinsamen Ebene möglichst nahe beietnanier liegen und dass ihre Krümmungen sich beim Einschieben in den Spalt entsprechend der Spaltweite verändern. The disadvantage shown is with the device according to the invention for punctual measurement of the width of narrow gaps, with one that can be pushed into the gap Antennae avoided by making the antennae an even number of curved organs each with a mechanical-electrical element arranged in the curve, e.g. a strain gauge, these curved organs so positioned are that their free ends are as close as possible in a common plane and that their curvatures change accordingly when they are pushed into the gap change the gap width.

Die Dehnungsmessstreifen können so in die Zweige einer Messbriicke eingeschaltet werden, dass sich Transversal- und Verkantungsfehler praktisch vollständig kompensieren. The strain gauges can be placed in the branches of a measuring bridge be switched on so that transversal and canting errors are practically complete compensate.

Im folgenden wird die ErfindUng anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in der Aufsicht, Fig. 2a und 3a das Verhalten des Messfühlers der Fig. 1 bei Aenderung der Spaltweite, Fig. 2b und 3b die Auswirkungen des in Fig. 2a und 3a gezeigten Verhaltens des Messfühlers auf das Messergebnis, Fig. 4a und 5a das Verhalten des Messfühlers der Fig. 1 bei transversalen Verschiebungen in einem Spalt gleichbleibender Weite, Fig. 4b und 5b die Auswirkungen des in den Fig. 4a und 5a gezeigten Verhaltens des Messfühlers auf das Messergebnis, Fig. 6a und 6b die Konfiguration des den Messfühler der Fig. 1 bildenden Bauteiles in der Aufsicht und in perspektivischer Darstellung (ohne Dehnungsmessstreifen und gedruckte Schaltung), Fig. 7 bis Fig. 9 drei Varianten zu Fig. 6a. In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing; 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention in FIG the top view, Fig. 2a and 3a the behavior of the sensor of Fig. 1 in the event of a change the gap width, FIGS. 2b and 3b show the effects of that shown in FIGS. 2a and 3a Behavior of the sensor on the measurement result, Fig. 4a and 5a the behavior of the The measuring sensor of FIG. 1 is more constant in the case of transverse displacements in a gap Width, FIGS. 4b and 5b show the effects of the behavior shown in FIGS. 4a and 5a of the measuring sensor to the measurement result, FIGS. 6a and 6b the configuration of the measuring sensor the component forming FIG. 1 in a top view and in a perspective illustration (without strain gauges and printed circuit), FIGS. 7 to 9, three variants to Fig. 6a.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einer dünnen ebenen Platte l, in welcher durch Schnitte und Ausnehmungen vier Lappen 2 bis 5 gebildet sind, wovon die Lappen 2 und 4 auf die eine ünd die Lappen 3 und 5 auf die andere Plattenseite herausgebogen sind. Diese Konfiguration ist in den Fig. 6a bzw. 6b nochmals separat in der Aufsicht bzw. schaubildlich gezeigt. Wie am besten aus Fig. 6b ersichtlich, weist jeder Lappen in seinem Fussbereich eine Zone 6 mit geschwächtem Querschnitt auf. Die Krümmung ist zumindest im wesentlichen auf diese geschwächte Querschnittszone beschränkt. The device shown in Fig. 1 consists of a thin plane Plate 1, in which four tabs 2 to 5 are formed by cuts and recesses are, of which the flaps 2 and 4 on one and the flaps 3 and 5 on the other Plate side are bent out. This configuration is shown in Figures 6a and 6b, respectively again shown separately in the top view or graphically. As best seen in Fig. 6b, each flap has a zone 6 with a weakened area in its foot area Cross-section on. The curvature is at least essentially weakened on this Cross-sectional zone restricted.

In jeder dieser geschwächten Querschnittszonen 6 ist zumindest ein Dehnungsmessstreifen Rl, R2, R3 bzw. R4 montiert. Falls die Querschnittsverminderung durch eine einseitige Materialaussparung gebildet ist, werden die Dehnungsmessstreifen auf der diesen Aussparungen gegenüberliegenden Seite montiert. Die Enden der Dehnungsmessstreifen Rl, R2, R3 und R4 sind über eine gedruckte Schaltung 7 zu einer Brückenschaltung mit vier Anschlussklemmen 8 bis 11 für eine Spannungsquelle 12 und ein Anzeigeinstrument 13 zusammengefasst. In each of these weakened cross-sectional zones 6 there is at least one Strain gauges Rl, R2, R3 or R4 mounted. If the reduction in cross-section is formed by a one-sided material recess, the strain gauges mounted on the side opposite these recesses. The ends of the strain gauges R1, R2, R3 and R4 are via a printed circuit 7 to form a bridge circuit with four connection terminals 8 to 11 for a voltage source 12 and a display instrument 13 summarized.

Die Fig. 2a bis 5a zeigen den vorderen Teil des Fühlers der Fig. 1 in der Seitenansicht in Richtung des PTttiles II der Zea 1 während der Ausmessung eines Spaltes SP. Aus den zugeordneten Fig. 2b bis 5b ist der Einfluss auf die Messbrücke mit der Spannungsquolie 12 und dem Anzeigeinstrument 15 ersichtlich. Der Uebergang von der kleineren Spaltweite pl der Fig. 2a auf die grössere Spaltweite p2 der Fig. 3a kann am Anzeigeinstrument 13 der Fig. 2b und 3b ahgelesen werden (siehe Zeigerstellung). Im vorliegenden Fall ist angenommen, dass die Messbrücke bei der Spaltweite P1 abgeglichen ist.. FIGS. 2a to 5a show the front part of the sensor of FIG. 1 in the side view in the direction of the PTttiles II of the Zea 1 during the measurement of a gap SP. The influence on the measuring bridge can be seen from the assigned FIGS. 2b to 5b with the voltage source 12 and the display instrument 15 evident. The transition from the smaller gap width pl of FIG. 2a to the larger gap width p2 of FIG. 3a can be read on the display instrument 13 of FIGS. 2b and 3b (see pointer position). In the present case it is assumed that the measuring bridge is calibrated at the gap width P1 ..

Die Spaltweiten der Fig. 4a und 5a sind gleich gross und darstellungsgemäss gleich P1 gewählt. Die Fühlerstellungen der Fig. a und 5a unterscheiden sich voneinander durch eine Querversetzung des Fühlers. Wie aus den Brückendarstellungen der zugeordneten Fig. 4b und 5b ersichtlich, haben Querversetzungen des Fühlers keinen Einfluss auf das Messergebnis; die abgeglichene Brücke der Fig. 4b bleibt auch in Fig. 5b abgeglichen, da sich-die Widerstände aller Dehnungsmessstreifen R1, R2, R3 und R4 in der selben Richtung gleichmässig verändern.The gap widths of FIGS. 4a and 5a are of the same size and as shown chosen equal to P1. The sensor positions of FIGS. A and 5a differ from one another due to a transverse displacement of the sensor. As from the bridge representations of the assigned 4b and 5b, transverse displacements of the sensor have no influence the measurement result; the balanced bridge of Fig. 4b also remains balanced in Fig. 5b, since the resistances of all strain gauges R1, R2, R3 and R4 are in the same Change direction evenly.

Die in den Fig. 6a und 6b vergrössert gezeigte Konfiguration des Messfühlers 1 kann variiert werden. Drei Varianten mit vier, sechs und acht Lappen sind in den Fig. 7 bis 9 in Aufsicht dargestellt. In Fig. 7 sind die Lappen mit 70 bis 73, in Fig. 8 mit 80. bis 85 und in Fig. 9 mit 90 bis 97 bezeichnet. Hierbei sind die mit geraden Zahlen bezeichneten Lappen auf die eine Seite, z.B. bezüglich der Zeichenebene nach oben, und die mit ungeraden Zahlen bezeichneten Lappen auf die andere Seite gebogen. The configuration of the shown enlarged in FIGS. 6a and 6b Sensor 1 can be varied. Three variants with four, six and eight lobes are shown in FIGS. 7 to 9 in plan view. In Fig. 7 the tabs are with 70 to 73, 80 to 85 in FIG. 8 and 90 to 97 in FIG. 9. Here are the lobes marked with even numbers on one side, e.g. regarding the plane of the drawing up, and the lobes labeled with odd numbers the other side bent.

Ein Prototyp des in den Fig. 1, 6a und 6b gezeigten Messfühlers 1 wurde wie folgt hergestellt und getestet: Aus einem Metallband aus gehärteter Berylliumbronze von 0,10 mm Stärke wurde ein Streifen mit den in Fig. 1 angegebenen Massen ausgeschnitten. Danach wurden gemäss den weiteren Kotierungen der Fig. 1 die Lappen 2 bis 5 durch Aetzen von Schnitten und Ausnehmungen gebildet. Anschliessend wurde an den mit 6 (Fig. 6b) bezeichneten Stellen die Materialstärke durch Aetzen auf die Hälfte reduziert. A prototype of the sensor 1 shown in FIGS. 1, 6a and 6b was manufactured and tested as follows: From a metal band made of hardened beryllium bronze A strip of 0.10 mm thickness with the dimensions indicated in FIG. 1 was cut out. Then, according to the other listings in FIG. 1, tabs 2 to 5 were through Etching of cuts and recesses formed. Subsequently, at the age of 6 (Fig. 6b), the material thickness is reduced to half by etching.

Danach wurden die Lappen herausgebogen und auf den den eingeätzten Vertiefungen gegenüberliegenden Oberflächen vier Dehnmessstreifen R1, R2, R3 und R4 mit den Konstanten R 120 / K 2.0 aufgeklebt. Sodann wurde der so gebildete Bauteil mit einer dünnen Lackschicht überzogen. Anschliessend wurden die total acht Lötanschlüsse der vier Dehmessstreifen durch Entfernung der Lackschicht wieder freigelegt. Schliesslich wurden durch Aufdampfen über eine Maske die Leiterbahnen 7 aufgebracht und die Klemmen 8 - 11 montiert. Die totale Dicke des so erzeugten Messfühlers bzw. des Schicchtenaufbaues Metall-Lack-Leiterbahnen betrug an den dicksten Stellen ca. 0,16 mm. Zur Messung der Empfindlichkeit wurden die Kontaktspitzen der Lappen 2 bis 5 zwischen den Endflächen eines Schraubenmikrometers eingespannt und die Klemmen der Leiterbahnen mit einem für Dehnungsmessstreifen geeigneten handelsüblichen Messgerät mit Verstärker und eingebauter regelbarer Spannungsquelle verbunden. Nach Abgleich der Messbrücke ergab sich am Verstarkerausgang z.B. bei einer Speisespannung von 2V durch Zusammendrücken der Mess-Spitzen um 1 y ein Messignal von 30 mV.Then the flaps were bent out and etched onto the Wells opposite surfaces four strain gauges R1, R2, R3 and R4 glued on with the constants R 120 / K 2.0. Then the component thus formed became covered with a thin layer of varnish. Then the total of eight soldered connections were made of the four Dehm measuring strips are exposed again by removing the layer of varnish. In the end the conductor tracks 7 and the terminals were applied by vapor deposition over a mask 8 - 11 assembled. The total thickness of the sensor or the layer structure produced in this way Metal-lacquer conductor tracks were approx. 0.16 mm at the thickest points. For measurement the contact tips of the lobes 2 to 5 between the end faces were of sensitivity a screw micrometer clamped and the terminals of the conductor tracks with a Commercially available measuring device with amplifier and suitable for strain gauges built-in controllable voltage source connected. After adjustment the A measuring bridge resulted at the amplifier output e.g. with a supply voltage of 2V by compressing the measuring tips by 1 y a measuring signal of 30 mV.

Die beschriebene Anordnung erlaubt die Messung von Spaltweiten mit sehr hoher Empfindlichkeit. Demgegenüber ist die Empfindlichkeit gegenüber transversaler Verschiebung und Verkantungen innerhalb des zu messenden Spalts praktisch gleich Null. The arrangement described allows the measurement of gap widths with very high sensitivity. In contrast, the sensitivity to transversal Displacement and tilting within the gap to be measured is practically the same Zero.

Anstelle von Dehnungsmessstreifen, welche die auftretenden mechanischen Spannungen in Widerstandswerte umwandeln, können auch andere mechanisch-elektrische Wandler verwendet werden, insbesondere auch aktive Elemente, welche elektrische Spannungs- bzw. Stromabbilder der mechanischen Spannungen erzeugen. Instead of strain gauges, which the occurring mechanical Other mechanical-electrical ones can also convert voltages into resistance values Converters are used, in particular active elements, which electrical Generate voltage or current images of the mechanical stresses.

Claims

Expectations

Device for punctual measurement of the width of narrow gaps, with a sensor which can be pushed into the gap, characterized in that the sensor an even number of curved organs, each with one arranged in the curvature mechanical-electrical element, e.g. a strain gauge, wherein these curved organs are positioned so that their free ends are in a common Level as close together as possible and that their curvatures change when they are pushed in change in the gap according to the gap width.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor by a thin flat plate with at least two formed by cuts and is formed from the plane of the plate bent flap.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by at least four centrally symmetrical lobes, which alternate with their free ends pointing towards the center are bent out of the plane of the plate on one side and the other.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the lobes over a certain part of their length in cross-section and thus Bending resistance are reduced and that the mechanical-electrical converter at this, preferably lying on the flap base part are arranged.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the strain gauges are connected as branches of a measuring bridge.

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that that the board with a printed circuit board for electrical connections the converter is equipped.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that that the measuring bridge circuit of the plate is printed.

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